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JP7212261B2 - switching power supply - Google Patents
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Description

本発明は、電圧変換用のトランスを備えたスイッチング制御方式の直流電源装置に関し、例えばトランスの二次側に同期整流スイッチを設けた絶縁型DC-DCコンバータに利用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a switching control type DC power supply device having a transformer for voltage conversion, and more particularly to a technology effective for use in an insulated DC-DC converter having a synchronous rectification switch on the secondary side of the transformer, for example.

従来、スイッチング電源装置の1つとして、トランスの一次側コイルに間欠的に電流を流すためのスイッチング素子としてのMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)および該素子をオン、オフ制御する制御回路(IC)を備え、一次側コイルに電流を流すことで二次側コイルに誘起された電流をダイオードにより整流し、コンデンサで平滑して出力するスイッチング電源装置(絶縁型DC-DCコンバータ)がある。 Conventionally, as one of switching power supply devices, a MOS transistor (insulated gate field effect transistor) as a switching element for intermittently flowing current to the primary coil of a transformer and a control circuit ( There is a switching power supply device (isolated DC-DC converter) that has an IC), rectifies the current induced in the secondary coil by passing current through the primary coil with a diode, smoothes it with a capacitor, and outputs it.

しかしながら、二次側回路に整流用ダイオードを用いた絶縁型DC-DCコンバータにおいては、整流用ダイオードにおける損失が大きく効率を低下させる原因となる。そこで、二次側回路の整流用ダイオードの代わりに同期整流用のスイッチング素子(MOSトランジスタ)を設けるとともに、二次側制御回路によって二次側スイッチング素子の端子電圧(ソース・ドレイン間電圧)を検出して、ボディダイオードに順方向電流が流れるタイミングで二次側スイッチング素子をターンオン制御することによって、整流素子における損失を減らし高効率化を図るようにした技術がある(例えば特許文献1)。 However, in an isolated DC-DC converter that uses a rectifying diode in the secondary circuit, the loss in the rectifying diode is large, which causes a decrease in efficiency. Therefore, a switching element (MOS transistor) for synchronous rectification is provided instead of the rectifying diode in the secondary circuit, and the terminal voltage (source-drain voltage) of the secondary switching element is detected by the secondary side control circuit. Then, there is a technique for reducing the loss in the rectifying element and improving the efficiency by controlling the turn-on of the secondary side switching element at the timing when the forward current flows through the body diode (for example, Patent Document 1).

また、二次側同期整流方式のスイッチング電源装置においては、一般に、同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧が所定の判定しきい値以下になったことを検出してターンオン信号を立ち上げるようにしているが、図9(A),(B)に示すように、ソース・ドレイン電圧VDSが立下り同期整流用MOSトランジスタがオンした直後にリンギングRGが生じるため、このリンギングによりターンオフタイミングの誤検出を起こすことがある。そこで、かかるターンオフ誤検出を防止するため、最小オン時間を設定する技術が知られている(例えば特許文献2)。なお、同期整流用MOSトランジスタのソース端子は、一般に二次側の接地点に接続されるので、以下の説明では、ソース・ドレイン間電圧を単にドレイン電圧と称する。 Further, in the switching power supply device of the secondary side synchronous rectification method, generally, it is detected that the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor becomes equal to or lower than a predetermined judgment threshold value, and the turn-on signal is raised. However, as shown in FIGS. 9A and 9B, ringing RG occurs immediately after the source-drain voltage VDS falls and the synchronous rectification MOS transistor turns on. This ringing causes erroneous detection of the turn-off timing. Sometimes. Therefore, in order to prevent such erroneous turn-off detection, a technique of setting a minimum ON time is known (for example, Patent Document 2). Since the source terminal of the synchronous rectification MOS transistor is generally connected to the ground point on the secondary side, the source-drain voltage is simply referred to as the drain voltage in the following description.

最小オン時間を設定する技術には、最小オン時間を所定の値にする固定方式と最小オン時間を変化させる可変方式があるが、ターンオン直後におけるドレイン電圧VDSのリンギングの長さは、負荷の大きさによって変わるため、固定最小オン時間方式の場合、図9(B)に示すように、重負荷時に最小オン時間が不足してターンオフ誤検出を起こしたり、図9(C)に示すように、軽負荷時には最小オン時間が長すぎてターンオフの直前に逆流が流れたりするおそれがある。なお、図9(B),(C)において、t21,t22は望ましいターンオフのタイミングである。
そこで、特許文献2に記載されている発明においては、二次側導通期間をもとに最小オン時間を設定している。
Techniques for setting the minimum on-time include a fixed method that sets the minimum on-time to a predetermined value and a variable method that varies the minimum on-time. Therefore, in the case of the fixed minimum on-time method, as shown in FIG. When the load is light, the minimum ON time is too long, and there is a risk that reverse current may flow just before turn-off. In FIGS. 9B and 9C, t21 and t22 are desirable turn-off timings.
Therefore, in the invention described in Patent Document 2, the minimum ON time is set based on the secondary side conduction period.

特許第4862432号公報Japanese Patent No. 4862432 米国特許第9825548号公報U.S. Pat. No. 9,825,548

しかし、特許文献2に記載されている発明のように、二次側導通期間をもとに最小オン時間を設定する方式においては、ノイズの影響などで一次側が突然オフしてトランスに蓄積されるエネルギーが減少すると、この影響で二次側導通期間が短くなり、最小オン時間が二次側導通期間よりも長いゲート駆動パルスが生成されて逆流が流れるおそれがある。また、一次側の制御方式がPWM(パルス幅変調)方式の場合やQR(フライバック擬似共振)方式の場合、一次側オン→二次側オン→一次側オン→二次側オン・・・の繰り返し制御であるため、現サイクルの最小オン時間は一つ前のサイクルの二次側導通期間を元にして決定することとなる。そのため、一次側の挙動が急に大きく変わったような場合に、二次側の最小オン時間が適切な値から大きくかけ離れてしまうといった問題点がある。 However, in the method of setting the minimum ON time based on the secondary conduction period, as in the invention described in Patent Document 2, the primary side suddenly turns off due to the influence of noise, etc., and the transformer accumulates When the energy is reduced, this effect shortens the secondary conduction period, creating a gate drive pulse with a minimum on-time longer than the secondary conduction period, which can backflow. If the primary side control method is PWM (Pulse Width Modulation) or QR (Flyback Quasi-Resonant), the following sequence is used: primary side ON → secondary side ON → primary side ON → secondary side ON. Since it is repetitive control, the minimum ON time of the current cycle is determined based on the secondary side conduction period of the previous cycle. Therefore, when the behavior of the primary side suddenly changes greatly, there is a problem that the minimum on-time of the secondary side greatly deviates from an appropriate value.

一方、同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧のピーク期間はほぼ一次側の導通期間とみなせるため、ドレイン電圧のピーク期間を元に最小オン時間を決定する方式も考えられる。この方式は、実質的な負荷の大きさに合わせて最小オン時間を決定できるが、一次側の制御方式がPWM方式の場合やQR方式の場合、ドレイン電圧のピーク値とピーク幅は入力電圧に比例する。そのため、ドレイン電圧のピーク幅のみを基準にすると、最小オン時間が入力電圧の影響を受けてしまうので、入力電圧の影響を受けずに負荷の大きさに合わせて最小オン時間を決定することができないという問題点がある。
また、入力電圧低下時にスイッチングを停止しない制御の場合、特に影響が大きく、二次側導通期間に対して最小オン時間が長くなり過ぎ、大きな逆流が発生する恐れがある。
On the other hand, since the peak period of the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor can be regarded as the conduction period of the primary side, a method of determining the minimum ON time based on the peak period of the drain voltage is also conceivable. With this method, the minimum on-time can be determined according to the actual size of the load. Proportional. Therefore, if only the peak width of the drain voltage is used as a reference, the minimum on-time will be affected by the input voltage. I have a problem that I can't.
In addition, in the case of control that does not stop switching when the input voltage drops, the effect is particularly large, and the minimum on-time becomes too long with respect to the secondary-side conduction period, which may cause a large reverse current.

そこで、ドレイン電圧のピーク幅とピーク値の積を利用して最小オン時間を決定することで入力電圧依存をなくすことも考えられるが、かかる機能を有する回路を構成する上ではドレイン電圧をリニアに検出する機能が必要であるとともに、ドレイン電圧は10V~200V程度の広い電圧範囲(条件次第ではもっと広い)を持つため、高い耐圧を有しかつ電圧をリニアに検出する高い性能を持つ回路を設計しなければならず、回路実現の難度が高くなる。
また、PWM方式におけるサブハーモニック発振時には、ドレイン電圧のピーク期間>>二次側導通期間の関係となるため、ドレイン電圧のピーク幅とピーク値の積を元に最小オン時間を決定しても、二次側導通期間に対して最小オン時間が長くなり過ぎ、逆流が流れるおそれがあるという問題点がある。
Therefore, it is conceivable to eliminate the input voltage dependency by determining the minimum on-time using the product of the peak width and the peak value of the drain voltage. A detection function is necessary, and the drain voltage has a wide voltage range of about 10 V to 200 V (depending on the conditions, it may be wider). This increases the difficulty of circuit realization.
Further, during subharmonic oscillation in the PWM method, the relation of peak period of drain voltage>>secondary-side conduction period is established. There is a problem that the minimum ON time becomes too long with respect to the secondary side conduction period, and a reverse current may flow.

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電圧変換用のトランスおよび二次側同期整流用スイッチング素子を備えたスイッチング電源装置において、ドレイン電圧のピーク値およびピーク幅が入力電圧の変化に応じて変化したとしても、入力電圧の影響を抑えて負荷の大きさに合わせて最小オン時間を決定できるようにすることにある。
本発明の他の目的は、一次側の挙動が急に大きく変わったような場合に、二次側の最小オン時間が最適な値から大きくかけ離れてしまうことがないようにすることにある。
本発明のさらに他の目的は、ドレイン電圧をリニアに検出する回路が不要つまり回路実現の難度が低いとともに、二次側導通期間に対して最小オン時間が長くなり過ぎて逆流が流れるのを防止できるようにすることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. Even if the peak value and the peak width of the current change according to the change of the input voltage, the influence of the input voltage is suppressed and the minimum ON time can be determined according to the magnitude of the load.
Another object of the present invention is to prevent the minimum on-time of the secondary side from deviating greatly from the optimum value when the behavior of the primary side suddenly changes greatly.
Still another object of the present invention is to eliminate the need for a circuit for linearly detecting the drain voltage, that is, to reduce the difficulty of circuit implementation, and to prevent the minimum on-time from becoming too long with respect to the secondary-side conduction period, thereby preventing reverse current flow. It's about making it possible.

上記目的を達成するため、この発明は、
電圧変換用のトランスと、該トランスの二次側コイルと直列形態に接続された同期整流用MOSトランジスタと、前記同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧に基づいて該同期整流用MOSトランジスタをオン、オフ制御する二次側制御回路と、を有するスイッチング電源装置において、
前記二次側制御回路により検出されたピーク期間及びボトム期間に基づいて、前記同期整流用MOSトランジスタのターンオン時の最小オン時間を設定する最小オン時間設定回路を備えるように構成したものである。
ここで、前記二次側制御回路は、例えば、
前記同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧のピーク期間を検出するピーク期間検出回路と、
前記同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧のボトム期間を検出するボトム期間検出回路と、を備え、
前記最小オン時間設定回路は、前記ピーク期間検出回路により検出されたピーク期間と前記ボトム期間検出回路により検出されたボトム期間に基づいて、前記同期整流用MOSトランジスタのターンオン時の最小オン時間を設定するように構成する。
In order to achieve the above object, the present invention
A transformer for voltage conversion, a synchronous rectification MOS transistor connected in series with a secondary coil of the transformer, and the synchronous rectification MOS transistor being turned on and off based on the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor. A switching power supply device having a secondary side control circuit that controls
A minimum on-time setting circuit is provided for setting a minimum on-time when the MOS transistor for synchronous rectification is turned on, based on the peak period and the bottom period detected by the secondary-side control circuit.
Here, the secondary side control circuit, for example,
a peak period detection circuit for detecting a peak period of the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor;
a bottom period detection circuit for detecting the bottom period of the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor,
The minimum on-time setting circuit sets a minimum on-time when the synchronous rectification MOS transistor is turned on based on the peak period detected by the peak period detection circuit and the bottom period detected by the bottom period detection circuit. configured to

上記のように構成されたスイッチング電源装置によれば、ピーク期間とボトム期間に基づいて最小オン時間を設定するので、ドレイン電圧のピーク値とピーク幅が入力電圧の増減に応じて変化したとしても、入力電圧の影響を抑えて負荷の大きさに合わせて最小オン時間を決定することができる。また、二次側導通期間をもとに最小オン時間を設定する方式のように、ノイズの影響などで突然一次側がオフして一次側の導通期間が短くなり、併せて二次側導通期間が短くなっても、最小オン時間が二次側導通期間よりも長くなって逆流が流れることがない。さらに、ドレイン電圧のピーク幅とピーク値の積を利用して最小オン時間を決定する方式におけるようなドレイン電圧をリニアに検出する機能が不要であるため、回路実現の難度が高くなるのを回避することができるとともに、二次側導通期間に対して最小オン時間が長くなり過ぎ、逆流が流れるおそれもない。 According to the switching power supply configured as described above, since the minimum ON time is set based on the peak period and the bottom period, even if the peak value and peak width of the drain voltage change according to the increase or decrease of the input voltage, , the minimum on-time can be determined according to the size of the load while suppressing the influence of the input voltage. In addition, like the method that sets the minimum on-time based on the secondary-side conduction period, the primary-side is suddenly turned off due to the influence of noise, etc., shortening the primary-side conduction period, and at the same time, the secondary-side conduction period is shortened. Even if it is shortened, the minimum ON time becomes longer than the secondary side conduction period, and reverse current does not flow. In addition, since it does not require a function to detect the drain voltage linearly, unlike the method that determines the minimum on-time using the product of the peak width and peak value of the drain voltage, it avoids increasing the difficulty of circuit implementation. In addition, there is no possibility that the minimum on-time becomes too long with respect to the secondary-side conduction period, causing a reverse current to flow.

ここで、前記最小オン時間設定回路は、
検出された前記ピーク期間および前記ボトム期間に応じた設定基準電圧を生成する最小オン時間設定基準電圧生成回路と、
検出された前記ピーク期間と前記ボトム期間の比率に応じた調整信号を生成する調整信号生成回路と、
前記最小オン時間設定基準電圧生成回路により生成された基準電圧と前記調整信号生成回路により生成された調整信号に応じて最小オン時間に相当する最小オン時間信号を生成する最小オン時間信号生成回路と、
を備えるように構成することで、実現することができる。
Here, the minimum on-time setting circuit is
a minimum on-time setting reference voltage generation circuit that generates a setting reference voltage corresponding to the detected peak period and the detected bottom period;
an adjustment signal generation circuit that generates an adjustment signal according to the detected ratio of the peak period and the bottom period;
a minimum on-time signal generation circuit for generating a minimum on-time signal corresponding to the minimum on-time according to the reference voltage generated by the minimum on-time setting reference voltage generation circuit and the adjustment signal generated by the adjustment signal generation circuit; ,
It can be realized by configuring to include

また、望ましくは、前記最小オン時間設定基準電圧生成回路と前記調整信号生成回路と前記最小オン時間信号生成回路は、それぞれ前記同期整流用MOSトランジスタのスイッチングサイクルごとに、設定基準電圧と調整信号と最小オン時間信号を生成するように構成する。
かかる構成によれば、サイクル毎に設定基準電圧と調整信号と最小オン時間信号を生成するので、一次側の挙動が急に大きく変わったような場合に、二次側の最小オン時間が最適な値から大きくかけ離れてしまうことがないようにすることができる。
Preferably, the minimum on-time setting reference voltage generation circuit, the adjustment signal generation circuit, and the minimum on-time signal generation circuit each generate a setting reference voltage and an adjustment signal for each switching cycle of the synchronous rectification MOS transistor. Configure to generate a minimum on-time signal.
According to such a configuration, the set reference voltage, the adjustment signal, and the minimum on-time signal are generated for each cycle. You can avoid going too far from the value.

さらに、望ましくは、前記調整信号生成回路は、検出された前記ピーク期間と前記ボトム期間の比率が所定値以上の場合に前記調整信号を生成し、前記最小オン時間信号生成回路は前記調整信号を受けると前記最小オン時間を短くする方向へ調整した最小オン時間信号を生成するように構成する。
かかる構成によれば、調整信号を受けると最小オン時間を短くする方向へ調整するので、一次側と二次側のオンデューティが大きくなるような、通常の動作から外れた領域の動作や、負荷が不安定になったり負荷が急に軽くなったりする動作に対して、最小オン時間が長くなって逆流が流れるのを防止することができる。
Further, preferably, the adjustment signal generation circuit generates the adjustment signal when the detected ratio of the peak period to the bottom period is equal to or greater than a predetermined value, and the minimum on-time signal generation circuit generates the adjustment signal. When received, it is configured to generate a minimum on-time signal adjusted to shorten the minimum on-time.
According to such a configuration, when the adjustment signal is received, the minimum on-time is adjusted in the direction of shortening. In response to an operation in which the power becomes unstable or the load suddenly becomes lighter, the minimum ON time is lengthened and it is possible to prevent reverse flow.

さらに、望ましくは、前記基準電圧をスイッチングサイクルごとに取り込んで保持するサンプルホールド回路と、1サイクル前の基準電圧との差を判定する電圧差判定回路とを備え、1サイクル前の基準電圧との差が所定値より大きい場合に、前記最小オン時間信号生成回路は前記最小オン時間を短くする方向へ調整最小オン時間信号を生成するように構成する。
かかる構成によれば、一次側の挙動が急に大きく変わったような場合に、二次側の最小オン時間が最適な値から大きくかけ離れてしまうことがないようにすることができる。また、最小オン時間を短くするように調整するので、異常な動作で最小オン時間が長くなって逆流が流れるのを防止することができる。
Further preferably, a sample-and-hold circuit that captures and holds the reference voltage for each switching cycle, and a voltage difference determination circuit that determines a difference from the reference voltage one cycle before. The minimum on-time signal generating circuit is configured to generate an adjusted minimum on-time signal in the direction of shortening the minimum on-time when the difference is greater than a predetermined value.
According to such a configuration, it is possible to prevent the minimum on-time of the secondary side from greatly deviating from the optimum value when the behavior of the primary side suddenly changes greatly. In addition, since the minimum on-time is adjusted to be short, it is possible to prevent reverse flow due to an increase in the minimum on-time due to abnormal operation.

また、望ましくは、ソース側スイッチとシンク側のスイッチを備え、前記同期整流用MOSトランジスタをオン、オフ制御するゲート駆動電圧を生成するゲートドライバ回路と、
前記同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧に基づいて該同期整流用MOSトランジスタをオフさせるタイミングを検出するオフタイミング検出回路と、
前記ドレイン電圧に基づいて前記同期整流用MOSトランジスタをオンさせるタイミングを検出するオンタイミング検出回路と、
前記オフタイミング検出回路の検出信号と前記オンタイミング検出回路の検出信号と前記最小オン時間信号に基づいて前記同期整流用MOSトランジスタをオン、オフ制御する制御信号を生成するオン、オフ制御回路と、を備え、
前記オン、オフ制御回路は、前記最小オン時間信号が示す最小オン時間の経過に伴い、前記ゲートドライバ回路のソース側スイッチをオフさせるように構成する。
かかる構成によれば、最小オン時間経過で先にソース側のスイッチをオフしておくことで、ソース側スイッチとシンク側スイッチの同時オン防止のためのデッドタイム分の待ち時間が短くなり、同期整流用MOSトランジスタのターンオフを高速化することができる。
Further, desirably, a gate driver circuit comprising a source side switch and a sink side switch and generating a gate drive voltage for controlling on/off of the synchronous rectification MOS transistor;
an off-timing detection circuit for detecting a timing for turning off the synchronous rectification MOS transistor based on the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor;
an on-timing detection circuit that detects timing to turn on the synchronous rectification MOS transistor based on the drain voltage;
an on/off control circuit for generating a control signal for on/off controlling the synchronous rectification MOS transistor based on the detection signal of the off-timing detection circuit, the detection signal of the on-timing detection circuit, and the minimum on-time signal; with
The on/off control circuit is configured to turn off the source-side switch of the gate driver circuit as the minimum on-time indicated by the minimum on-time signal elapses.
According to such a configuration, by turning off the switch on the source side first after the minimum on-time elapses, the waiting time corresponding to the dead time for preventing the switch on the source side and the switch on the sink side from being turned on at the same time is shortened. It is possible to speed up the turn-off of the rectifying MOS transistor.

本発明によると、二次側同期整流用スイッチング素子を備えたスイッチング電源装置において、ドレイン電圧のピーク値およびピーク幅が入力電圧の変化に応じて変化したとしても、入力電圧の影響を抑制して負荷の大きさに合わせて最小オン時間を決定できるようにすることができる。また、一次側の挙動が急に大きく変わったような場合に、二次側の最小オン時間が最適な値から大きくかけ離れてしまうことがないようにすることができる。さらに、ドレイン電圧をリニアに検出する回路が不要つまり回路実現の難度が低いとともに、二次側導通期間に対して最小オン時間が長くなり過ぎて逆流が流れるのを防止することができるという効果がある。 According to the present invention, in a switching power supply device having secondary-side synchronous rectification switching elements, even if the peak value and peak width of the drain voltage change according to changes in the input voltage, the effect of the input voltage is suppressed. It is possible to make it possible to determine the minimum on-time according to the magnitude of the load. In addition, when the behavior of the primary side suddenly changes greatly, it is possible to prevent the minimum on-time of the secondary side from deviating greatly from the optimum value. Furthermore, there is no need for a circuit for linearly detecting the drain voltage, that is, the difficulty of circuit realization is low, and there is an effect that it is possible to prevent a reverse current from flowing due to the minimum on-time becoming too long with respect to the secondary-side conduction period. be.

本発明を適用して有効な二次側同期整流方式のスイッチング電源装置の構成例を示す回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a secondary-side synchronous rectification type switching power supply device to which the present invention is effectively applied; FIG. 実施形態のスイッチング電源装置を構成する二次側制御回路の構成例を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration example of a secondary side control circuit that constitutes the switching power supply device of the embodiment; FIG. 実施形態の二次側制御回路におけるタイマー値-電圧変換回路及びMOT(最小オン時間)タイマーの機能を説明するための波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram for explaining functions of a timer value-voltage conversion circuit and an MOT (minimum on-time) timer in the secondary side control circuit of the embodiment; 実施形態の二次側制御回路におけるサンプルホールド&電圧比較回路及びMOTタイマーの機能を説明するための波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram for explaining functions of a sample hold & voltage comparison circuit and an MOT timer in the secondary side control circuit of the embodiment; 実施形態の二次側制御回路におけるピーク・ボトム比計算回路の機能を説明するための波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the function of a peak/bottom ratio calculation circuit in the secondary side control circuit of the embodiment; 実施形態の二次側制御回路を構成するピーク期間とボトム期間の検出タイマー、タイマー値-電圧変換回路、サンプルホールド&電圧比較回路およびピーク・ボトム比計算回路の具体例を示す回路構成図である。4 is a circuit configuration diagram showing a specific example of a peak period and bottom period detection timer, a timer value-voltage conversion circuit, a sample hold & voltage comparison circuit, and a peak/bottom ratio calculation circuit that constitute the secondary side control circuit of the embodiment; FIG. . 実施形態の二次側制御回路を構成するMOTタイマーの具体例を示す回路構成図である。4 is a circuit configuration diagram showing a specific example of an MOT timer that configures the secondary side control circuit of the embodiment; FIG. (A),(B)は実施形態の二次側制御回路を構成するオン・オフ制御回路の具体例を示す回路構成図である。3A and 3B are circuit configuration diagrams showing specific examples of an on/off control circuit that constitutes the secondary side control circuit of the embodiment; FIG. 従来の同期整流方式の二次側制御回路におけるMOSトランジスタがターンオフタイミングと固定最小オン時間信号との関係を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between the turn-off timing of a MOS transistor and a fixed minimum on-time signal in a conventional synchronous rectification secondary-side control circuit.

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用した同期整流方式のスイッチング電源装置の一実施形態を示す。
この実施形態におけるスイッチング電源装置は、一次側コイルLpと二次側コイルLsおよび補助巻線Laを有する電圧変換用のトランス10を備え、該トランス10の一次側にNチャネルMOSトランジスタからなるスイッチング素子SWおよびその制御回路(一次側制御回路)11を設け、二次側に同期整流素子としてのMOSトランジスタS0およびその制御回路(二次側制御回路)20を設けた絶縁型DC-DCコンバータとして構成されている。この実施形態では、トランス10に、二次側コイルLsの極性が一次側コイルLpと逆極性のものが使用されており、フライバックコンバータとして動作するように構成されている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a synchronous rectification type switching power supply device to which the present invention is applied.
The switching power supply device of this embodiment comprises a transformer 10 for voltage conversion having a primary coil Lp, a secondary coil Ls and an auxiliary winding La, and a switching element comprising an N-channel MOS transistor on the primary side of the transformer 10 SW and its control circuit (primary side control circuit) 11 are provided, and a MOS transistor S0 as a synchronous rectification element and its control circuit (secondary side control circuit) 20 are provided on the secondary side to constitute an isolated DC-DC converter. It is In this embodiment, the transformer 10 has a secondary coil Ls whose polarity is opposite to that of the primary coil Lp, and is configured to operate as a flyback converter.

一次側のスイッチング素子SWはトランス10の一次側コイルLpと直列に接続されている。一次側制御回路11および二次側制御回路20は、各々1個の半導体チップ上に半導体集積回路(IC)として、または1つのパッケージ内に実装された半導体装置として構成されている。トランス10の補助巻線Laの端子間にはダイオードD1とコンデンサC1とが直列に接続され、補助巻線Laに誘起された電圧をダイオードD1で整流しコンデンサC1で平滑することで、一次側制御回路11の電源電圧Vcc1を生成して一次側制御回路11の電源端子に供給する。
また、この実施例のDC-DCコンバータは、一次側制御回路11に接続され二次側の回路からのフィードバック信号を受ける受光用のフォトトランジスタPTを備え、一次側制御回路11はフィードバック信号に応じてスイッチング素子SWのスイッチング周波数またはデューティ比を変化させて、負荷や入力電圧の変動に対応するように構成されている。
A primary-side switching element SW is connected in series with the primary-side coil Lp of the transformer 10 . The primary side control circuit 11 and the secondary side control circuit 20 are each configured as a semiconductor integrated circuit (IC) on one semiconductor chip or as a semiconductor device mounted in one package. A diode D1 and a capacitor C1 are connected in series between the terminals of the auxiliary winding La of the transformer 10. The voltage induced in the auxiliary winding La is rectified by the diode D1 and smoothed by the capacitor C1, thereby controlling the primary side. A power supply voltage Vcc1 for the circuit 11 is generated and supplied to the power supply terminal of the primary side control circuit 11 .
Further, the DC-DC converter of this embodiment includes a phototransistor PT for receiving light that is connected to the primary side control circuit 11 and receives a feedback signal from the circuit on the secondary side. , the switching frequency or duty ratio of the switching element SW is changed to cope with fluctuations in the load and input voltage.

一方、トランス10の二次側には、二次側コイルLsの一方の端子と出力端子OUT2との間に接続された同期整流用MOSトランジスタS0と、二次側で生成された電圧を電源電圧とし同期整流用MOSトランジスタS0のドレイン電圧を検出してトランジスタS0のオン、オフ制御信号を生成する二次側制御回路20と、出力端子OUT1-OUT2間に接続され出力電圧VOUTを安定化させる平滑コンデンサC2と、を備える。同期整流用MOSトランジスタS0と二次側制御回路20を、1つのパッケージに集積化してもよい。なお、出力端子OUT1-OUT2間に接続された可変抵抗LDは、負荷の一例もしくは負荷を等価的に記載したものを表わしている。 On the secondary side of the transformer 10, on the other hand, a MOS transistor S0 for synchronous rectification connected between one terminal of the secondary side coil Ls and the output terminal OUT2 and a voltage generated on the secondary side are connected to the power supply voltage. A secondary side control circuit 20 that detects the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor S0 and generates an ON/OFF control signal for the transistor S0, and a smoothing circuit that is connected between the output terminals OUT1 and OUT2 and stabilizes the output voltage VOUT. and a capacitor C2. The synchronous rectification MOS transistor S0 and the secondary side control circuit 20 may be integrated in one package. A variable resistor LD connected between the output terminals OUT1 and OUT2 represents an example of a load or equivalently describes the load.

出力端子OUT1には二次側制御回路20の電源端子VCCが接続されており、出力電圧VOUTが二次側制御回路20に電源電圧Vcc2として供給される。また、二次側制御回路20の電源電圧は、トランス10の補助巻線に誘起された電圧を整流して供給するように構成しても良い。
また、トランス10の二次側には、出力端子OUT1-OUT2間に、フィードバック用のフォトダイオードPDおよび誤差アンプE-AMPが接続されている。誤差アンプE-AMPは出力電圧VOUTのレベルに比例した電流をフォトダイオードPDに流すように構成されている。
A power supply terminal VCC of the secondary side control circuit 20 is connected to the output terminal OUT1, and the output voltage VOUT is supplied to the secondary side control circuit 20 as the power supply voltage Vcc2. Further, the power supply voltage of the secondary side control circuit 20 may be configured to rectify the voltage induced in the auxiliary winding of the transformer 10 and supply the rectified voltage.
Further, on the secondary side of the transformer 10, a feedback photodiode PD and an error amplifier E-AMP are connected between the output terminals OUT1 and OUT2. The error amplifier E-AMP is configured to pass a current proportional to the level of the output voltage VOUT to the photodiode PD.

また、二次側のフォトダイオードPDと一次側のフォトトランジスタPTは、絶縁型信号伝達手段としてのフォトインタラプタを構成しており、二次側のフォトダイオードPDから発せられた光が一次側のフォトトランジスタPTにより受光されて光の強度に応じたフィードバック信号が生成され、一次側制御回路11はこのフィードバック信号に応じてスイッチング素子SWを制御する。 The photodiode PD on the secondary side and the phototransistor PT on the primary side constitute a photointerrupter as an insulated signal transmission means. A feedback signal is generated according to the intensity of the light received by the transistor PT, and the primary side control circuit 11 controls the switching element SW according to this feedback signal.

二次側制御回路20は、二次側スイッチング素子としての同期整流用MOSトランジスタS0のドレイン端子に配線を介して接続される外部端子(ドレイン電圧検出端子)P1の電圧VDSを監視し、所定のタイミングで同期整流用MOSトランジスタS0をオンまたはオフさせる制御信号(ゲート駆動電圧)VGを生成して、外部端子P2を介してトランジスタS0のゲート端子へ出力する。 The secondary-side control circuit 20 monitors the voltage VDS of the external terminal (drain voltage detection terminal) P1 connected via wiring to the drain terminal of the synchronous rectification MOS transistor S0 as the secondary-side switching element, A control signal (gate driving voltage) VG for turning on or off the MOS transistor S0 for synchronous rectification is generated at the timing and output to the gate terminal of the transistor S0 via the external terminal P2.

図2には、上記二次側制御回路20の構成例が示されている。
図2に示されているように、二次側制御回路20は、同期整流用MOSトランジスタS0のドレイン端子が接続されるドレイン電圧検出端子P1の電圧VDSと所定のしきい値電圧Vth_on(例えば-200mV)とを比較するコンパレータなどからなるオンタイミング検出回路21、ドレイン電圧検出端子P1の電圧VDSと所定のしきい値電圧Vth_off(例えば0~-150mV)とを比較するコンパレータなどからなるオフタイミング検出回路22を備える。
ここで、オンタイミング検出回路21の判定しきい値Vth_onは、同期整流用MOSトランジスタS0のボディダイオードに電流が流れ始めたことを確実に検出できるように、ボディダイオードの順方向電圧を考慮した電圧に設定される。
FIG. 2 shows a configuration example of the secondary side control circuit 20. As shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the secondary side control circuit 20 detects the voltage VDS of the drain voltage detection terminal P1 to which the drain terminal of the synchronous rectification MOS transistor S0 is connected and the predetermined threshold voltage Vth_on (for example, - 200mV), and an off-timing detection circuit 21 consisting of a comparator that compares the voltage VDS of the drain voltage detection terminal P1 with a predetermined threshold voltage Vth_off (for example, 0 to -150mV). A circuit 22 is provided.
Here, the determination threshold value Vth_on of the on-timing detection circuit 21 is a voltage considering the forward voltage of the body diode so as to reliably detect that the current has started to flow in the body diode of the MOS transistor S0 for synchronous rectification. is set to

また、二次側制御回路20は、ドレイン電圧VDSのピーク期間Tp(図3参照)を検出するピーク期間検出タイマー回路23、ドレイン電圧VDSのボトム期間Tbを検出するボトム期間検出タイマー回路24、これらのタイマー回路23,24が検出したタイマー値を電圧(MOT判定基準電圧)に変換するタイマー値-電圧変換回路25を備える。なお、タイマー回路23,24に、例えば定電流源とコンデンサとからなる電荷充電方式のアナログタイマーを使用することで、タイマー回路23,24とタイマー値-電圧変換回路25を一体の回路として構成することも可能である。 The secondary-side control circuit 20 also includes a peak period detection timer circuit 23 for detecting the peak period Tp (see FIG. 3) of the drain voltage VDS, a bottom period detection timer circuit 24 for detecting the bottom period Tb of the drain voltage VDS, and A timer value-voltage conversion circuit 25 is provided for converting the timer value detected by the timer circuits 23 and 24 to a voltage (MOT determination reference voltage). Note that the timer circuits 23 and 24 and the timer value-voltage conversion circuit 25 are configured as an integrated circuit by using, for example, a charge charging type analog timer consisting of a constant current source and a capacitor for the timer circuits 23 and 24. is also possible.

さらに、二次側制御回路20は、1サイクル前のタイマー値-電圧変換回路25の出力電圧(最小オン時間設定基準電圧:MOTしきい値Vmot1)を取り込んで保持し現サイクルのタイマー値-電圧変換回路25の出力電圧(MOTしきい値Vmot2)と比較するサンプルホールド&電圧比較回路26、ドレインピーク期間Tpとドレインボトム期間Tbの比を算出するピーク・ボトム比計算回路27、上記ピーク・ボトム比計算回路27の出力等に基づいて最小オン時間を計時するMOTタイマー28を備える。 Further, the secondary-side control circuit 20 captures and holds the output voltage (minimum on-time setting reference voltage: MOT threshold Vmot1) of the timer value-voltage conversion circuit 25 one cycle before, and the current cycle timer value-voltage A sample hold & voltage comparison circuit 26 for comparing with the output voltage (MOT threshold value Vmot2) of the conversion circuit 25, a peak/bottom ratio calculation circuit 27 for calculating the ratio between the drain peak period Tp and the drain bottom period Tb, and the peak/bottom A MOT timer 28 is provided for counting the minimum ON time based on the output of the ratio calculation circuit 27 and the like.

サンプルホールド&電圧比較回路26は、一つ前のサイクルのMOTしきい値と現サイクルのMOTしきい値との差が所定以上大きいとき、MOTタイマー28の出力のパルス幅を短縮させる信号TG1を生成し出力する。また、サンプルホールド&電圧比較回路26は、ドレインピーク期間Tpとドレインボトム期間Tbに応じた電圧(MOTしきい値)Vmotを生成してMOTタイマー28へ供給し、MOTタイマー28はこのMOTしきい値Vmotに応じた時間を計時することでTpとTbに応じたパルス幅を有する最小オン時間信号(パルス)MOTを出力する。具体的には、TpとTbの数値が大きいほど最小オン時間信号MOTのパルス幅は広くなり、TpとTbの数値が小さいほど最小オン時間信号MOTのパルス幅は狭くなる。 The sample hold & voltage comparison circuit 26 generates a signal TG1 for shortening the pulse width of the output of the MOT timer 28 when the difference between the MOT threshold value of the previous cycle and the MOT threshold value of the current cycle is greater than a predetermined value. Generate and output. In addition, the sample hold & voltage comparison circuit 26 generates a voltage (MOT threshold value) Vmot corresponding to the drain peak period Tp and the drain bottom period Tb, and supplies it to the MOT timer 28, and the MOT timer 28 receives this MOT threshold value. By measuring the time corresponding to the value Vmot, a minimum ON time signal (pulse) MOT having pulse widths corresponding to Tp and Tb is output. Specifically, the larger the values of Tp and Tb, the wider the pulse width of the minimum on-time signal MOT, and the smaller the values of Tp and Tb, the narrower the pulse width of the minimum on-time signal MOT.

さらに、二次側制御回路20は、オンタイミング検出回路21の出力ON_SIGとオフタイミング検出回路22の出力OFF_SIGとMOTタイマー28の出力MOTに基づいて同期整流用MOSトランジスタS0をオン、オフ制御する信号を生成するオン・オフ制御回路29と、生成されたオン、オフ制御信号を受けてゲート駆動電圧VGを外部端子P2より出力するゲートドライバ回路30を備えている。 Further, the secondary-side control circuit 20 provides a signal for controlling on/off of the synchronous rectification MOS transistor S0 based on the output ON_SIG of the on-timing detection circuit 21, the output OFF_SIG of the off-timing detection circuit 22, and the output MOT of the MOT timer 28. and a gate driver circuit 30 for receiving the generated on/off control signal and outputting the gate driving voltage VG from the external terminal P2.

オン・オフ制御回路29は、MOTタイマー28の出力MOTによってオフタイミング検出信号OFF_SIGをマスクする論理回路(例えばANDゲート)とRSフリップフロップなどにより構成され、オンタイミング検出回路21の出力信号ON_SIGが立ち上がるとゲート駆動電圧VGをハイレベルに変化させて同期整流用のMOSトランジスタS0をオンさせ、オフタイミング検出回路22の出力信号OFF_SIGのタイミングでゲート駆動電圧VGをローレベルに変化させてS0をオフさせる制御信号を生成する。このとき、MOTタイマー28から出力される最小オン時間信号MOTによってOFF_SIG信号をマスクしてオン・オフ制御回路29への入力を禁止して、MOT期間内にターンオフして効率が低下することを防ぐように構成されている。 The on/off control circuit 29 is composed of a logic circuit (for example, an AND gate) that masks the off-timing detection signal OFF_SIG by the output MOT of the MOT timer 28, an RS flip-flop, and the like, and the output signal ON_SIG of the on-timing detection circuit 21 rises. , the gate drive voltage VG is changed to a high level to turn on the MOS transistor S0 for synchronous rectification, and at the timing of the output signal OFF_SIG of the off-timing detection circuit 22, the gate drive voltage VG is changed to a low level to turn off S0. Generate control signals. At this time, the OFF_SIG signal is masked by the minimum ON time signal MOT output from the MOT timer 28 to prohibit input to the ON/OFF control circuit 29, thereby preventing the efficiency from being lowered by turning off within the MOT period. is configured as

次に、図3~図5を用いて、二次側制御回路20の動作について説明する。このうち、図3はタイマー値-電圧変換回路25及びMOTタイマー28の機能を説明するための波形図、図4はサンプルホールド&電圧比較回路26及びMOTタイマー28の機能を説明するための波形図である。
図3および図4において、(a)は同期整流用MOSトランジスタS0のドレイン電圧VDS、(b)はドレイン電圧VDSのピーク期間Tpとボトム期間Tbを表わすタイマー値を変換した電圧として生成されるMOTしきい値Vmot、(c)はMOTタイマー28のタイマー値、(d)はMOTタイマー28の出力(最小オン時間信号)MOTの変化をそれぞれ示す。図3(b)において、実線Dはタイマーの値を、破線Sは実線Dを特定のタイミングでサンプリングして生成される電圧であり、この電圧がMOTタイマー28へMOTしきい値Vmotとして供給される。
Next, the operation of the secondary side control circuit 20 will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the functions of the timer value-voltage conversion circuit 25 and the MOT timer 28, and FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the functions of the sample hold & voltage comparison circuit 26 and the MOT timer 28. is.
3 and 4, (a) is the drain voltage VDS of the MOS transistor S0 for synchronous rectification, and (b) is the MOT generated as a voltage obtained by converting the timer value representing the peak period Tp and the bottom period Tb of the drain voltage VDS. Threshold Vmot, (c) the timer value of the MOT timer 28, and (d) the change in the output (minimum on-time signal) MOT of the MOT timer 28, respectively. In FIG. 3B, the solid line D indicates the value of the timer, and the dashed line S indicates a voltage generated by sampling the solid line D at a specific timing. be.

図3(b)に示されているように、タイマー値(実線D)は、(a)に示すドレイン電圧VDSのピーク期間Tpが終了するターンオンタイミングt1で立ち下り(リセット)、VDSのボトム期間Tbの間(t1~t2)上昇し、電流不連続期間など、VDSがピークでもボトムでもない期間は同一値を維持し、その後次のターンオンタイミングt4まで上昇するという変化を繰り返す。この過程で、ピーク期間Tpとボトム期間Tbの和が小さくなると、図3(b)の破線Sのようにタイマーのピーク値Vmotは低くなる。 As shown in FIG. 3(b), the timer value (solid line D) falls (reset) at the turn-on timing t1 when the peak period Tp of the drain voltage VDS shown in (a) ends, and the bottom period of VDS It rises during Tb (t1 to t2), maintains the same value during periods when VDS is neither peak nor bottom, such as current discontinuous periods, and then rises until the next turn-on timing t4. In this process, when the sum of the peak period Tp and the bottom period Tb becomes smaller, the peak value Vmot of the timer becomes lower as indicated by the dashed line S in FIG. 3(b).

そして、MOTしきい値Vmotが低くなると、図3(c)に示すようにMOTタイマー28のタイマー値がしきい値Vmotに到達するまでの時間が短くなり、図3(d)に示すようにMOTタイマー28から出力される最小オン時間信号MOTのパルス幅は狭くなる。
上記のように、ドレイン電圧VDSのピーク期間Tpの大きさとボトム期間Tbの大きさの両方に応じて最小オン時間信号MOTのパルス幅を調整することで、ドレイン電圧のピーク値とピーク幅が入力電圧に比例して変化したとしても、入力電圧の影響を抑制して負荷の大きさに合わせて適切な最小オン時間を決定し、最小オン時間が長すぎて逆流が流れる現象が生じるのを防止することができる。なお、図3および図4において、(a)のドレイン電圧VDSのt2~t3期間の波形は、軽負荷時の電流不連続モードで現れる共振による波形である。
When the MOT threshold value Vmot becomes lower, the time required for the timer value of the MOT timer 28 to reach the threshold value Vmot becomes shorter as shown in FIG. The pulse width of the minimum ON time signal MOT output from the MOT timer 28 is narrowed.
As described above, by adjusting the pulse width of the minimum on-time signal MOT according to both the magnitude of the peak period Tp and the magnitude of the bottom period Tb of the drain voltage VDS, the peak value and the peak width of the drain voltage are input. Even if the input voltage changes in proportion to the voltage, the effect of the input voltage is suppressed and the appropriate minimum on-time is determined according to the size of the load, preventing the occurrence of reverse current flow due to the minimum on-time being too long. can do. In FIGS. 3 and 4, the waveform of the drain voltage VDS during the period from t2 to t3 in (a) is a waveform due to resonance appearing in the discontinuous current mode at light load.

本実施例の二次側制御回路20においては、図4に示されているように、サンプルホールド&電圧比較回路26でサンプリングした一つ前のサイクルのMOTしきい値Vmot1と現サイクルのMOTしきい値Vmot2との差が所定以上大きいときは、サンプルホールド&電圧比較回路26からMOTタイマー28へ短縮トリガパルスTG1を出力して最小オン時間信号MOTのパルス幅を短縮させる。
すると、MOTタイマー28から出力される最小オン時間信号MOTは、図4(d)においてもともとは点線で示すように、MOTタイマー28のタイマー値がしきい値Vmotに到達した時点でローレベルに変化する最小オン時間信号MOTが実線で示すように、立下りが早められるようになる。
上記のような最小オン時間信号MOTのパルス幅調整を行うことで、一次側の挙動が急に大きく変わったような場合に、二次側の最小オン時間が最適な値から大きくかけ離れてしまうことがないようにすることができる。
In the secondary side control circuit 20 of this embodiment, as shown in FIG. When the difference from the threshold value Vmot2 is greater than a predetermined value, the sample hold & voltage comparison circuit 26 outputs a shortening trigger pulse TG1 to the MOT timer 28 to shorten the pulse width of the minimum ON time signal MOT.
Then, the minimum on-time signal MOT output from the MOT timer 28 originally changes to low level when the timer value of the MOT timer 28 reaches the threshold value Vmot, as indicated by the dotted line in FIG. 4(d). As shown by the solid line, the minimum on-time signal MOT, which is the minimum on-time signal MOT, hastens the falling edge.
By adjusting the pulse width of the minimum on-time signal MOT as described above, if the behavior of the primary side suddenly changes significantly, the minimum on-time of the secondary side may deviate greatly from the optimum value. can be avoided.

次に、図5を用いてピーク・ボトム比計算回路27及びMOTタイマー28の機能を説明する。図5において、(a)は同期整流用MOSトランジスタS0のドレイン電圧VDSを単純化した波形、(b)はピーク・ボトム比計算回路27におけるドレイン電圧VDSのピーク期間Tpを検出するタイマーの値(点線)およびピーク期間Tpとボトム期間TbすなわちTp+Tbを検出するタイマーの値(実線)の変化の様子、(c)はピーク・ボトム比計算回路27から出力される信号(パルス)をそれぞれ示す。図5(c)の信号(パルス)がMOTタイマー28へ短縮トリガパルスTG2として供給される。なお、図5において、(d)は短縮トリガパルスTG2が供給されたときの、MOTタイマー28の動作を示す。 Next, the functions of the peak/bottom ratio calculation circuit 27 and the MOT timer 28 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, (a) is a simplified waveform of the drain voltage VDS of the synchronous rectification MOS transistor S0, and (b) is the timer value ( dotted line) and the change of the timer value (solid line) for detecting the peak period Tp and bottom period Tb, that is, Tp+Tb, and (c) the signal (pulse) output from the peak/bottom ratio calculation circuit 27, respectively. A signal (pulse) shown in FIG. 5(c) is supplied to the MOT timer 28 as a shortened trigger pulse TG2. In FIG. 5, (d) shows the operation of the MOT timer 28 when the shortened trigger pulse TG2 is supplied.

ピーク・ボトム比計算回路27おいては、Tp+Tbを検出するタイマーとは別にピーク期間Tpを検出するタイマーを設け、タイマー値の傾きを変えることで時間に重みを付けている。例えばタイマーを定電流源とコンデンサにより構成した場合には、定電流源の電流値を異ならせることでタイマー値の傾きを変えることができる。そして、ドレイン電圧VDSのピーク期間Tpの終了のタイミング(図5のt11,t12,t13)で両タイマー値の比較を行い、
Tpのタイマー値>(Tp+Tb)のタイマー値
の時に、次のサイクルの最小オン時間信号MOTを短縮させるトリガパルスTG2(図5(c))を生成し、出力する。
In the peak-to-bottom ratio calculation circuit 27, a timer for detecting the peak period Tp is provided separately from the timer for detecting Tp+Tb, and time is weighted by changing the slope of the timer value. For example, when the timer is composed of a constant current source and a capacitor, the slope of the timer value can be changed by changing the current value of the constant current source. Then, both timer values are compared at the timing (t11, t12, t13 in FIG. 5) of the end of the peak period Tp of the drain voltage VDS,
When the timer value of Tp>(Tp+Tb), a trigger pulse TG2 (FIG. 5(c)) for shortening the minimum ON time signal MOT of the next cycle is generated and output.

このようにすることにより、ドレイン電圧VDSのピーク期間Tpのタイマー値とボトム期間Tbのタイマー値の比率を算出し、ピーク期間Tpのタイマー値がボトム期間Tbのタイマー値より所定以上大きい場合に、短縮トリガパルスTG2を出力することができる。
そして、上記のような最小オン時間信号MOTのパルス幅調整を行うことで、例えば二次側の負荷が大きく変化するなどしてピーク期間Tpとボトム期間Tbの比率が大きく変わったような場合に、二次側の最小オン時間が最適な値からかけ離れてしまうことがないようにすることができる。
By doing so, the ratio of the timer value of the peak period Tp and the timer value of the bottom period Tb of the drain voltage VDS is calculated. A shortened trigger pulse TG2 can be output.
By adjusting the pulse width of the minimum on-time signal MOT as described above, when the ratio of the peak period Tp and the bottom period Tb changes greatly due to, for example, a large change in the load on the secondary side, , so that the minimum on-time of the secondary side does not deviate too far from the optimum value.

図6には、上記二次側制御回路20を構成するピーク期間検出タイマー回路23、ボトム期間検出タイマー回路24、タイマー値-電圧変換回路25、サンプルホールド&電圧比較回路26およびピーク・ボトム比計算回路27の具体的な回路例が示されている。
このうちピーク期間検出タイマー回路23は、図6に示されているように、ドレイン電圧VDSと所定のしきい値電圧Vt1とを比較してピーク期間の開始点を検出するコンパレータCMP1と、電源電圧端子VCCと接地点との間に直列に接続された定電流源CC1、スイッチS1及びコンデンサC0とから構成され、ボトム期間検出タイマー回路24は、ドレイン電圧VDSと所定のしきい値電圧Vt2とを比較してボトム期間の開始点を検出するコンパレータCMP2と、電源電圧端子VCCと接地点との間に直列に接続された定電流源CC2、スイッチS2及びコンデンサC0とから構成されている。そして、コンデンサC0がタイマー値-電圧変換回路25として機能する。また、コンデンサC0と並列に、コンデンサC0の充電電荷を放電させるリセット用スイッチSrが接続されているとともに、コンパレータCMP2の出力信号の立下りに同期してスイッチSrをオンさせてコンデンサC0の充電電荷を放電させるリセットパルスRPを生成するワンショットパルス生成回路OSPが設けられている。
上記のように本実施例では、ピーク期間検出タイマー回路23とボトム期間検出タイマー回路24及びタイマー値-電圧変換回路25は、コンデンサ(C0)を共通にした一体の回路として構成されている。
FIG. 6 shows a peak period detection timer circuit 23, a bottom period detection timer circuit 24, a timer value-voltage conversion circuit 25, a sample hold & voltage comparison circuit 26, and a peak-to-bottom ratio calculation circuit which constitute the secondary side control circuit 20. A specific circuit example of the circuit 27 is shown.
Among them, the peak period detection timer circuit 23 includes, as shown in FIG. 6, a comparator CMP1 that compares the drain voltage VDS and a predetermined threshold voltage Vt1 to detect the starting point of the peak period, and a power supply voltage. A bottom period detection timer circuit 24, comprising a constant current source CC1, a switch S1 and a capacitor C0 connected in series between a terminal VCC and a ground point, detects a drain voltage VDS and a predetermined threshold voltage Vt2. It comprises a comparator CMP2 for detecting the starting point of the bottom period by comparison, a constant current source CC2 connected in series between the power supply voltage terminal VCC and the ground point, a switch S2 and a capacitor C0. Capacitor C 0 functions as timer value-voltage conversion circuit 25 . A reset switch Sr for discharging the charge of the capacitor C0 is connected in parallel with the capacitor C0. A one-shot pulse generation circuit OSP is provided for generating a reset pulse RP for discharging the .
As described above, in this embodiment, the peak period detection timer circuit 23, the bottom period detection timer circuit 24, and the timer value-voltage conversion circuit 25 are configured as an integrated circuit with a common capacitor (C0).

サンプルホールド&電圧比較回路26は、コンデンサCs1と、該コンデンサCs1の充電ノードN1と上記コンデンサC0の充電ノードN0との間に接続されたサンプリング用のスイッチS3と、コンデンサCs1の充電電圧をインピーダンス変換して後段へ伝達するバッファBFFと、伝達された電圧を保持するためのコンデンサCs2と、バッファBFFとコンデンサCs2の充電ノードN2との間に接続されたホールド用のスイッチS4と、上記スイッチS3,S4をオン、オフする信号を生成するサンプルホールド制御回路SHCを備える。 The sample hold & voltage comparison circuit 26 includes a capacitor Cs1, a sampling switch S3 connected between a charging node N1 of the capacitor Cs1 and a charging node N0 of the capacitor C0, and impedance conversion of the charging voltage of the capacitor Cs1. a buffer BFF for transmitting to a subsequent stage, a capacitor Cs2 for holding the transmitted voltage, a hold switch S4 connected between the buffer BFF and a charging node N2 of the capacitor Cs2, the switches S3, A sample-and-hold control circuit SHC is provided for generating a signal for turning on/off S4.

さらに、サンプルホールド&電圧比較回路26は、上記コンデンサCs2の保持電圧が一方の入力端子(+)に入力されたコンパレータCMP3と、コンデンサCs1の充電電圧に所定のオフセットを付与した電圧をコンパレータCMP3の他方の入力端子(-)へ入力するオフセット付与手段OSGとを備えており、コンパレータCMP3は、コンデンサCs2に保持されている1つ前のサイクルの電圧とコンデンサCs1に取り込んだ現サイクルの電圧との差が上記オフセット分以上あると、MOTタイマー28へ短縮トリガパルスTG1を出力する。また、上記コンデンサCs1の保持電圧が、MOTしきい値Vmotとして、MOTタイマー28へ供給される。 Further, the sample-hold & voltage comparison circuit 26 includes a comparator CMP3 to which the voltage held by the capacitor Cs2 is input to one input terminal (+), and a voltage obtained by adding a predetermined offset to the charged voltage of the capacitor Cs1 to the comparator CMP3. The comparator CMP3 compares the voltage of the previous cycle held in the capacitor Cs2 and the voltage of the current cycle taken in the capacitor Cs1. If the difference is equal to or greater than the offset, a shortened trigger pulse TG1 is output to the MOT timer 28. FIG. Also, the voltage held by the capacitor Cs1 is supplied to the MOT timer 28 as the MOT threshold value Vmot.

ピーク・ボトム比計算回路27は、電源電圧端子VCCと接地点との間に直列に接続された定電流源CC3及びコンデンサC3、コンデンサC3と並列に接続されたリセット用のスイッチS5、コンデンサC3の充電電圧とタイマー値-電圧変換回路25のコンデンサC0の充電電圧とを比較するコンパレータCMP4、CMP4の出力をMOTタイマー28への入力信号(パルス)に変換するトリガパルス生成回路TRG2とから構成されている。
定電流源CC3の電流値は定電流源CC1,CC2の電流値よりも大きな値に設定され、スイッチS5はピーク期間検出タイマー回路23のコンパレータCMP1の出力を反転した信号により制御される。これにより、コンデンサC3はドレイン電圧VDSのピーク期間Tpだけ定電流源CC3の電流により充電される。
The peak-to-bottom ratio calculation circuit 27 includes a constant current source CC3 and a capacitor C3 connected in series between the power supply voltage terminal VCC and a ground point, a reset switch S5 connected in parallel with the capacitor C3, and the capacitor C3. It consists of a comparator CMP4 that compares the charge voltage with the charge voltage of the capacitor C0 of the timer value-voltage conversion circuit 25, and a trigger pulse generation circuit TRG2 that converts the output of CMP4 into an input signal (pulse) to the MOT timer 28. there is
The current value of the constant current source CC3 is set to a value greater than the current values of the constant current sources CC1 and CC2, and the switch S5 is controlled by a signal obtained by inverting the output of the comparator CMP1 of the peak period detection timer circuit 23. As a result, the capacitor C3 is charged by the current of the constant current source CC3 during the peak period Tp of the drain voltage VDS.

一方、タイマー値-電圧変換回路25のコンデンサC0は、ドレイン電圧VDSのピーク期間Tpとボトム期間Tbを合わせた(Tp+Tb)の間ずっと充電される。
そのため、ピーク・ボトム比計算回路27のコンパレータCMP4は、
Tpのタイマー値>(Tp+Tb)のタイマー値
の関係が成立しているか判定することができる。
そして、上記不等式の関係が成立したときに、コンパレータCMP4はMOTタイマー28へ、トリガパルス生成回路TRG2を介して短縮トリガパルスTG2を出力する。トリガパルス生成回路TRG2は、コンパレータCMP4の出力を判断し、MOTタイマー28が動作するタイミングに合わせて短縮トリガパルスTG2を生成する。なお、コンパレータCMP4の反転入力端子に、所定のオフセットを付与する手段を設けることで、ピーク期間Tpがボトム期間Tbに比べて所定以上大きいときに短縮トリガパルスTG2を出力するように構成しても良い。
On the other hand, the capacitor C0 of the timer value-voltage conversion circuit 25 is charged during the sum of the peak period Tp and the bottom period Tb of the drain voltage VDS (Tp+Tb).
Therefore, the comparator CMP4 of the peak/bottom ratio calculation circuit 27 is
It can be determined whether the relationship of timer value of Tp>timer value of (Tp+Tb) is established.
Then, when the relationship of the above inequality is established, the comparator CMP4 outputs the shortened trigger pulse TG2 to the MOT timer 28 via the trigger pulse generation circuit TRG2. The trigger pulse generation circuit TRG2 determines the output of the comparator CMP4 and generates a shortened trigger pulse TG2 in accordance with the timing at which the MOT timer 28 operates. By providing means for giving a predetermined offset to the inverting input terminal of the comparator CMP4, the shortened trigger pulse TG2 may be output when the peak period Tp is longer than the bottom period Tb by a predetermined amount or more. good.

図7には、上記二次側制御回路20を構成するMOTタイマー28の具体的な回路例が示されている。
図7に示されているように、MOTタイマー28は、電源電圧端子VCCと接地点との間に直列に接続された定電流源CC4及びコンデンサC4、コンデンサC4と並列に接続されたリセット用のスイッチS6からなるタイマー回路TMRを備える。スイッチS6は、前記オンタイミング検出回路21からの検出信号ON_SIGを反転した信号によってオン、オフ制御される。これにより、タイマー回路TMRは、オンタイミング検出信号ON_SIGがハイレベルの間だけ定電流源CC4の電流でコンデンサC4を充電することで、同期整流用MOSトランジスタS0をオンすべき期間に相当するタイマー値を出力する。
FIG. 7 shows a specific circuit example of the MOT timer 28 that constitutes the secondary side control circuit 20. As shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the MOT timer 28 includes a constant current source CC4 and a capacitor C4 connected in series between the power supply voltage terminal VCC and the ground point, and a reset signal connected in parallel with the capacitor C4. A timer circuit TMR comprising a switch S6 is provided. The switch S6 is on/off-controlled by a signal obtained by inverting the detection signal ON_SIG from the on-timing detection circuit 21 . As a result, the timer circuit TMR charges the capacitor C4 with the current of the constant current source CC4 only while the on-timing detection signal ON_SIG is at a high level, thereby generating a timer value corresponding to the period during which the synchronous rectification MOS transistor S0 should be turned on. to output

また、MOTタイマー28は、上記サンプルホールド&電圧比較回路26からの短縮トリガパルスTG1とピーク・ボトム比計算回路27からの短縮トリガパルスTG2との論理和をとるORゲートG1、ORゲートG1の出力に応じてサンプルホールド&電圧比較回路26からのMOTしきい値VmotまたはVmotよりも低い所定の基準電圧Vrefのうち一方を選択する切替えスイッチS7、選択された電圧とタイマー回路TMRのコンデンサC4の充電電圧とを比較するコンパレータCMP5、前記オンタイミング検出回路21からの検出信号ON_SIGと上記コンパレータCMP5の出力を入力とするANDゲートG2を備える。そして、ANDゲートG2の出力が前記最小オン時間信号MOTとして、後段のオン・オフ制御回路29へ供給される。なお、ANDゲートG2の出力を反転した信号と前記オンタイミング検出回路21からの検出信号OFF_SIGとを入力とするANDゲートを設けて、このANDゲートの出力をオン・オフ制御回路29へ供給するように構成しても良い。 Further, the MOT timer 28 takes the logical OR of the shortened trigger pulse TG1 from the sample hold & voltage comparison circuit 26 and the shortened trigger pulse TG2 from the peak/bottom ratio calculation circuit 27, and the output of the OR gate G1. A change-over switch S7 selects one of the MOT threshold value Vmot from the sample-and-hold & voltage comparison circuit 26 or a predetermined reference voltage Vref lower than Vmot according to the selected voltage and the charging of the capacitor C4 of the timer circuit TMR. and a comparator CMP5 for comparing voltages, and an AND gate G2 to which the detection signal ON_SIG from the on-timing detection circuit 21 and the output of the comparator CMP5 are input. Then, the output of the AND gate G2 is supplied to the subsequent on/off control circuit 29 as the minimum on-time signal MOT. An AND gate is provided to receive the signal obtained by inverting the output of the AND gate G2 and the detection signal OFF_SIG from the on-timing detection circuit 21, and the output of this AND gate is supplied to the on/off control circuit 29. can be configured to

図8には、上記二次側制御回路20を構成するオン・オフ制御回路29およびゲートドライバ回路30の具体的な回路例が示されている。
図8(A)に示されているように、ゲートドライバ回路30は、電源電圧端子VCCと接地点GNDとの間に直列に接続されたPチャネルMOSトランジスタM1およびNチャネルMOSトランジスタM2からなり、M1とM2の接続ノードに同期整流用MOSトランジスタS0のゲート端子が接続されている。
FIG. 8 shows specific circuit examples of the on/off control circuit 29 and the gate driver circuit 30 that constitute the secondary side control circuit 20. As shown in FIG.
As shown in FIG. 8A, the gate driver circuit 30 comprises a P-channel MOS transistor M1 and an N-channel MOS transistor M2 connected in series between the power supply voltage terminal VCC and the ground point GND. A gate terminal of a synchronous rectification MOS transistor S0 is connected to a connection node between M1 and M2.

一方、オン・オフ制御回路29は、オンタイミング検出回路21の出力ON_SIGとMOTタイマー28からの最小オン時間信号MOTを入力とする3入力NANDゲートG3と、オフタイミング検出回路22の出力OFF_SIGとMOTタイマー28からの最小オン時間信号MOTをインバータINVで反転して信号を入力とする3入力ANDゲートG4とを備える。インバータINVの出力信号は、オフタイミング検出回路22の出力OFF_SIGの入力を禁止するマスク信号として機能する。 On the other hand, the on/off control circuit 29 includes a 3-input NAND gate G3 that receives the output ON_SIG of the on-timing detection circuit 21 and the minimum on-time signal MOT from the MOT timer 28, and the outputs OFF_SIG and MOT of the off-timing detection circuit 22. A 3-input AND gate G4 is provided which receives the signal obtained by inverting the minimum on-time signal MOT from the timer 28 by the inverter INV. The output signal of the inverter INV functions as a mask signal that prohibits the input of the output OFF_SIG of the off-timing detection circuit 22 .

また、オン・オフ制御回路29は、NANDゲートG3とANDゲートG4の出力をそれぞれ遅延する直列のインバータ列からなる遅延回路DLY1,DLY2を備え、遅延回路DLY1により遅延された信号はANDゲートG4へ、また遅延回路DLY2により遅延された信号はNANDゲートG3へそれぞれ帰還入力されることにより、ゲートドライバ回路30を構成するMOSトランジスタM1,M2に貫通電流が流れないようにするデッドタイムが付与されるようになっている。 The on/off control circuit 29 also includes delay circuits DLY1 and DLY2 formed of serial inverters that delay the outputs of the NAND gate G3 and the AND gate G4, respectively. Also, the signals delayed by the delay circuit DLY2 are fed back to the NAND gate G3, respectively, so that the MOS transistors M1 and M2 constituting the gate driver circuit 30 are provided with a dead time to prevent a through current from flowing. It's like

本実施例のオン・オフ制御回路29においては、オンタイミング検出信号ON_SIGによってソース側MOSトランジスタM1がオンされたのちすぐにオフタイミング検出信号OFF_SIGが入ってきたとしても、ANDゲートG4と最小オン時間信号MOTによってマスクされ、最小オン時間の経過に合わせて、ソース側MOSトランジスタM1がオフされて、ソース側、シンク側のMOSトランジスタM1,M2が共にオフとなる。ソース側のMOSトランジスタM1がオフされても、ゲートドライバ回路30の出力電圧VGは同期整流用MOSトランジスタS0のゲート容量によって維持され、S0はオン状態を維持する。そして、遅延回路DLY1の出力は所定の遅延時間後にハイレベルになるため、3入力ANDゲートG4は、遅延回路DLY1の応答を待たずに、オフタイミング検出信号OFF_SIGに合わせてシンク側MOSトランジスタM2をオンできる。 In the on/off control circuit 29 of this embodiment, even if the off-timing detection signal OFF_SIG is input immediately after the source-side MOS transistor M1 is turned on by the on-timing detection signal ON_SIG, the AND gate G4 and the minimum on-time Masked by the signal MOT, the source-side MOS transistor M1 is turned off according to the lapse of the minimum ON time, and both the source-side and sink-side MOS transistors M1 and M2 are turned off. Even if the MOS transistor M1 on the source side is turned off, the output voltage VG of the gate driver circuit 30 is maintained by the gate capacitance of the synchronous rectification MOS transistor S0, and the synchronous rectification MOS transistor S0 maintains the on state. Since the output of the delay circuit DLY1 becomes high level after a predetermined delay time, the 3-input AND gate G4 turns on the sink side MOS transistor M2 in accordance with the off-timing detection signal OFF_SIG without waiting for the response of the delay circuit DLY1. can be turned on.

これに対し、最小オン時間信号MOTによるソース側トランジスタM1のオフがない場合、同期整流用MOSトランジスタS0のターンオフは、ソース側スイッチ(M1)オフ→シンク側スイッチ(M2)オンの流れで行われる。この際、遅延回路DLY1,DLY2によるデッドタイムの付与で、ソース側とシンク側のスイッチの同時オンによる貫通電流が防止されている。このため、ソース側スイッチM1をオフし遅延回路DLY1による遅延時間が経過しないと、シンク側スイッチM2をオンできないため、同期整流用MOSトランジスタS0のオフに遅れが生じる。
本実施例のオン・オフ制御回路29においては、最小オン時間経過時点で先にソース側スイッチ(M1)をオフさせることで、遅延回路DLY1による遅延時間分の時間を短縮でき、オフタイミング検出信号OFF_SIGが検出されてから同期整流用MOSトランジスタS0のターンオフまでの時間を高速化させることができる。
On the other hand, when the source-side transistor M1 is not turned off by the minimum on-time signal MOT, the synchronous rectification MOS transistor S0 is turned off in the order of source-side switch (M1) off->sink-side switch (M2) on. . At this time, dead time is provided by the delay circuits DLY1 and DLY2 to prevent through current due to simultaneous ON of the source side and sink side switches. Therefore, the sink side switch M2 cannot be turned on unless the source side switch M1 is turned off and the delay time by the delay circuit DLY1 elapses, causing a delay in turning off the synchronous rectification MOS transistor S0.
In the on/off control circuit 29 of this embodiment, the source side switch (M1) is turned off first when the minimum on-time has elapsed, so that the delay time of the delay circuit DLY1 can be shortened, and the off-timing detection signal It is possible to speed up the time from detection of OFF_SIG to turn-off of the MOS transistor S0 for synchronous rectification.

なお、オン・オフ制御回路29は、図8(A)の構成のものに限定されず、例えば図8(B)に示すように、ゲートドライバ回路30のPチャネルMOSトランジスタM1を、NチャネルMOSトランジスタに変更した構成でも同様の効果が得られる。そして、この場合、図8(A)のオン・オフ制御回路29内の3入力NANDゲートG3を3入力ANDゲートに変更し、ディレイ回路DRY1のインバータを1段増やすことで実現できる。なお、ディレイ回路DRY1のインバータを1段増やす代わりに1段減らすようにしても良い。
このように、MOSトランジスタM1をNチャネルMOSトランジスタに変更した場合、ゲート駆動電圧VGの最大値はトランジスタM1のゲート電圧からM1のスレッショルド電圧を引いた値までに制限されるため、ゲート駆動電圧VGの上限を容易にクランプすることができる。
The on/off control circuit 29 is not limited to the configuration shown in FIG. 8A. For example, as shown in FIG. A similar effect can be obtained with a configuration changed to a transistor. In this case, the 3-input NAND gate G3 in the ON/OFF control circuit 29 in FIG. 8A can be changed to a 3-input AND gate, and the inverter in the delay circuit DRY1 can be increased by one stage. The number of inverters in the delay circuit DRY1 may be reduced by one instead of being increased by one.
Thus, when the MOS transistor M1 is changed to an N-channel MOS transistor, the maximum value of the gate drive voltage VG is limited to the value obtained by subtracting the threshold voltage of M1 from the gate voltage of the transistor M1. can be easily clamped.

以上説明したように、上記実施形態の二次側制御回路においては、二次側同期整流用MOSトランジスタS0のドレイン電圧VDSのピーク期間とボトム期間を元に最小オン時間MOTを設定するMOTタイマー回路28を備えるため、電源装置の動作条件によって最適値が異なる最小オン時間を自動で調整することができる。また、パルス毎(サイクル毎)に最小オン時間を設定するようにしているため、電源装置の起動/停止や負荷の変動など、最適な最小オン時間が大きく変化する過渡時の動作にも速やかに追随することができる。 As described above, in the secondary-side control circuit of the above embodiment, the MOT timer circuit sets the minimum ON time MOT based on the peak period and bottom period of the drain voltage VDS of the secondary-side synchronous rectification MOS transistor S0. 28, it is possible to automatically adjust the minimum ON time, which has a different optimal value depending on the operating conditions of the power supply. In addition, since the minimum on-time is set for each pulse (cycle), it is possible to quickly respond to transient operations in which the optimal minimum on-time changes greatly, such as start/stop of the power supply and load fluctuations. can follow.

また、二次側の動作ではバーストモードや電流不連続動作時の共振期間など、スイッチングが停止してドレイン電圧VDSが中間電位を取る期間があるが、上記実施形態の二次側制御回路においては、ドレイン電圧VDSのピーク期間とボトム期間のみを基準に使用することで、スイッチング停止期間のドレイン電圧VDSを除去でき、最適な最小オン時間の設定が可能になる。また、ドレイン電圧VDSのピーク期間はAC入力電圧に影響されるが、二次側導通期間に相当するボトム期間は影響されないため、ピーク期間とボトム期間の両方を最小オン時間の設定の基準に使うことで、AC入力電圧の影響を低減できる。 In the operation of the secondary side, there is a period such as a burst mode or a resonance period during discontinuous current operation, during which switching stops and the drain voltage VDS assumes an intermediate potential. By using only the peak period and bottom period of the drain voltage VDS as a reference, the drain voltage VDS during the switching stop period can be removed, and the optimum minimum ON time can be set. In addition, the peak period of the drain voltage VDS is affected by the AC input voltage, but the bottom period corresponding to the secondary conduction period is not affected, so both the peak period and the bottom period are used as the criteria for setting the minimum on-time. By doing so, the influence of the AC input voltage can be reduced.

さらに、上記実施形態の二次側制御回路においては、ドレイン電圧VDSのピーク期間とボトム期間の比率をみて最小オン時間を調整しているため、一次側と二次側のオンデューティを間接的に算出して最小オン時間を調整することができる。一般的な絶縁型電源装置では、オンデューティは最大でも0.5程度であり、これ以上のオンデューティになる場合は、通常の動作から外れた領域なので、安全のために最小オン時間を小さく設定する必要があるが、上記実施形態ではそのような最小オン時間の調整(短縮)が可能である。 Furthermore, in the secondary side control circuit of the above embodiment, since the minimum on-time is adjusted by looking at the ratio of the peak period and the bottom period of the drain voltage VDS, the on-duty of the primary side and the secondary side is indirectly It can be calculated to adjust the minimum on-time. In a typical isolated power supply, the maximum on-duty is about 0.5. If the on-duty exceeds this, it is out of normal operation, so for safety reasons the minimum on-time should be set small. However, in the above embodiment, such adjustment (shortening) of the minimum ON time is possible.

具体的な大デューティとなる挙動の例としては、例えばPWM方式の場合、サブハーモニック発振を起こしていると、オンデューティが0.5を超えるが、この場合二次側の導通期間が短くなるため、最小オン時間が長い設定であると逆流が流れてしまう。また、QR(フライバック擬似共振)方式の場合、入力電圧が下がるとオンデューティが0.5を超えるが、QR方式であるためスイッチング周波数も下がり、ピーク期間+ボトム期間が長くなり最小オン時間が最大値を取る状態にもかかわらず、負荷が軽いと必要な最小オン時間は短くなるため、逆流が生じるおそれがある。さらに、一次側にインダクタとコンデンサからなる共振回路を設けたLLC方式の場合、オンデューティが0.5になるよう制御動作するため、0.5から外れる状態は、異常状態かバーストモード動作時で、負荷が不安定か軽いときであるので、オンデューティが大きくなった場合に最小オン時間を長くすると、逆流が発生するおそれがある。 As a specific example of behavior with a large duty, for example, in the case of the PWM method, when subharmonic oscillation is occurring, the on-duty exceeds 0.5, but in this case the conduction period on the secondary side is shortened. , If the minimum on-time is set to be long, a reverse current will flow. In the case of the QR (flyback quasi-resonant) method, the on-duty exceeds 0.5 when the input voltage drops. Despite the maximum value, a light load requires a shorter minimum on-time, which can lead to backflow. Furthermore, in the case of the LLC system, in which a resonant circuit consisting of an inductor and a capacitor is provided on the primary side, the on-duty is controlled to be 0.5. Since the load is unstable or light, if the minimum on-time is lengthened when the on-duty is increased, backflow may occur.

さらに、上記実施形態の二次側制御回路においては、最小オン時間の設定値を記憶し、パルス毎(サイクル毎)に比較を行い、最小オン時間の減少量が既定の値より大きい場合、最小オン時間を最短にするにしているため、負荷の急減や異常動作などで、最小オン時間が二次側導通期間よりも長くなって逆流が発生するのを防止することができる。
また、上記実施形態の二次側制御回路においては、二次側同期整流用MOSトランジスタを駆動するゲートドライバのソース(ターンオン)側とシンク(ターンオフ)側のスイッチの駆動信号を分けて、ターンオフの際に、先ずソース側スイッチのオン状態を最小オン時間経過で解除させている。一般的には、ターンオフの際に、ソースのオン解除→同時オン防止のデッドタイム→シンク起動、という流れで制御が行われているが、上記実施形態のように、最小オン時間経過で先にソース側スイッチを遮断しておくことで、同期整流用MOSトランジスタのターンオフを高速化できる。
Furthermore, in the secondary-side control circuit of the above embodiment, the set value of the minimum ON time is stored and compared with each pulse (every cycle). Since the on-time is set to the shortest possible time, it is possible to prevent reverse current from occurring when the minimum on-time becomes longer than the secondary-side conduction period due to sudden load reduction or abnormal operation.
In the secondary-side control circuit of the above embodiment, the drive signals for the source (turn-on) side and sink (turn-off) side switches of the gate driver that drives the secondary-side synchronous rectification MOS transistor are divided to At this time, first, the ON state of the source side switch is canceled after the minimum ON time has elapsed. Generally, when turning off, control is performed in the order of source ON release → simultaneous ON prevention dead time → sink activation. By shutting off the source side switch, the turn-off speed of the synchronous rectification MOS transistor can be increased.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ピーク・ボトム比計算回路27が、ドレイン電圧VDSのピーク期間Tpと(Tp+Tb)の比率に基づいて判定をしているが、タイマー回路23,24およびタイマー値-電圧変換回路25においてピーク期間Tpとボトム期間Tbを別個に計時するように構成して、ピーク・ボトム比計算回路27でTpとTbの比率に基づいて判定をするように構成しても良い。
また、上記実施形態では、各種期間を計時するタイマー回路を、定電流源とコンデンサとからなるアナログタイマー回路で構成しているが、所定周波数のクロック信号を計数するディジタルタイマー回路で構成するようにしても良い。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the embodiment. For example, in the above embodiment, the peak/bottom ratio calculation circuit 27 makes a determination based on the ratio of the peak period Tp of the drain voltage VDS and (Tp+Tb). The circuit 25 may be configured to measure the peak period Tp and the bottom period Tb separately, and the peak/bottom ratio calculation circuit 27 may be configured to make determination based on the ratio of Tp and Tb.
In the above-described embodiment, the timer circuit for timing various periods is composed of an analog timer circuit consisting of a constant current source and a capacitor. can be

さらに、本発明に係る二次側同期整流制御回路は、図1に示すようなフライバック方式のスイッチング電源装置(DC-DCコンバータ)に限定されるものではなく、例えばハーブブリッジ方式など他の方式のDC-DCコンバータにも適用可能である。また、一次側にインダクタとコンデンサからなる電流共振回路を設けたLLC共振コンバータにも適用することが可能である。
そして、2個の同期整流用MOSトランジスタを有するハーブブリッジ擬似共振方式のDC-DCコンバータの場合、2個の同期整流用MOSトランジスタをそれぞれに対応して設けられた二次側制御回路で制御しても良いし、2個の同期整流用MOSトランジスタを共通の二次側制御回路で制御するように構成しても良い。
Furthermore, the secondary side synchronous rectification control circuit according to the present invention is not limited to the flyback type switching power supply (DC-DC converter) as shown in FIG. can also be applied to the DC-DC converter of It can also be applied to an LLC resonance converter in which a current resonance circuit consisting of an inductor and a capacitor is provided on the primary side.
In the case of a herb-bridge quasi-resonant DC-DC converter having two synchronous rectification MOS transistors, the two synchronous rectification MOS transistors are controlled by secondary-side control circuits provided corresponding to each. Alternatively, the two synchronous rectification MOS transistors may be controlled by a common secondary side control circuit.

また、共通の二次側制御回路で制御するように構成した場合には、二次側の片方のドレイン電圧VDSのピーク/ボトムは、もう一方のドレイン電圧VDSのボトム/ピークに相当するので、片方のドレイン電圧VDSから最小オン時間を設定することで回路規模を減らしたり、両方のドレイン電圧VDSを測定してピーク/ボトムの状態に差異が生じた時に異常と判断したりするといったことも可能である。 In addition, when configured to be controlled by a common secondary-side control circuit, the peak/bottom of the drain voltage VDS on one side of the secondary side corresponds to the bottom/peak of the drain voltage VDS on the other side. It is also possible to reduce the circuit scale by setting the minimum ON time from one drain voltage VDS, or to measure both drain voltages VDS and judge an abnormality when there is a difference between the peak/bottom states. is.

10……トランス、11……一次側制御回路、20……二次側制御回路、21……オンタイミング検出回路、22……オフタイミング検出回路、23……ピーク期間検出タイマー回路、24……ボトム期間検出タイマー回路、25……タイマー値-電圧変換回路(最小オン時間設定基準電圧生成回路)、26……サンプルホールド&電圧比較回路、27……ピーク・ボトム比計算回路(調整信号生成回路)、28……MOTタイマー(最小オン時間信号生成回路)、29……オン・オフ制御回路、30……ゲートドライバ回路、S0……同期整流用MOSトランジスタ 10 Transformer 11 Primary control circuit 20 Secondary control circuit 21 ON timing detection circuit 22 OFF timing detection circuit 23 Peak period detection timer circuit 24 Bottom period detection timer circuit 25 Timer value-voltage conversion circuit (minimum ON time setting reference voltage generation circuit) 26 Sample hold & voltage comparison circuit 27 Peak/bottom ratio calculation circuit (adjustment signal generation circuit ), 28... MOT timer (minimum on-time signal generation circuit), 29... ON/OFF control circuit, 30... Gate driver circuit, S0... MOS transistor for synchronous rectification

Claims (7)

電圧変換用のトランスと、該トランスの二次側コイルと直列形態に接続された同期整流用MOSトランジスタと、前記同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧に基づいて該同期整流用MOSトランジスタをオン、オフ制御する二次側制御回路と、を有するスイッチング電源装置であって、
前記二次側制御回路により検出されたピーク期間及びボトム期間に基づいて、前記同期整流用MOSトランジスタのターンオン時の最小オン時間を設定する最小オン時間設定回路を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。
A transformer for voltage conversion, a synchronous rectification MOS transistor connected in series with a secondary coil of the transformer, and the synchronous rectification MOS transistor being turned on and off based on the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor. A switching power supply device comprising a secondary side control circuit for controlling,
The switching device further comprises a minimum on-time setting circuit for setting a minimum on-time when the synchronous rectification MOS transistor is turned on based on the peak period and the bottom period detected by the secondary side control circuit. Power supply.
前記二次側制御回路は、
前記同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧のピーク期間を検出するピーク期間検出回路と、
前記同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧のボトム期間を検出するボトム期間検出回路と、を備え、
前記最小オン時間設定回路は、前記ピーク期間検出回路により検出されたピーク期間と前記ボトム期間検出回路により検出されたボトム期間に基づいて、前記同期整流用MOSトランジスタのターンオン時の最小オン時間を設定することを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
The secondary side control circuit,
a peak period detection circuit for detecting a peak period of the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor;
a bottom period detection circuit for detecting the bottom period of the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor,
The minimum on-time setting circuit sets a minimum on-time when the synchronous rectification MOS transistor is turned on based on the peak period detected by the peak period detection circuit and the bottom period detected by the bottom period detection circuit. 2. The switching power supply device according to claim 1, wherein:
前記最小オン時間設定回路は、
検出された前記ピーク期間および前記ボトム期間に応じた設定基準電圧を生成する最小オン時間設定基準電圧生成回路と、
検出された前記ピーク期間と前記ボトム期間の比率に応じた調整信号を生成する調整信号生成回路と、
前記最小オン時間設定基準電圧生成回路により生成された基準電圧と前記調整信号生成回路により生成された調整信号に応じて最小オン時間に相当する最小オン時間信号を生成する最小オン時間信号生成回路と、
を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源装置。
The minimum on-time setting circuit is
a minimum on-time setting reference voltage generation circuit that generates a setting reference voltage corresponding to the detected peak period and the detected bottom period;
an adjustment signal generation circuit that generates an adjustment signal according to the detected ratio of the peak period and the bottom period;
a minimum on-time signal generation circuit for generating a minimum on-time signal corresponding to the minimum on-time according to the reference voltage generated by the minimum on-time setting reference voltage generation circuit and the adjustment signal generated by the adjustment signal generation circuit; ,
The switching power supply device according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
前記最小オン時間設定基準電圧生成回路と前記調整信号生成回路と前記最小オン時間信号生成回路は、それぞれ前記同期整流用MOSトランジスタのスイッチングサイクルごとに、設定基準電圧と調整信号と最小オン時間信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源装置。 The minimum on-time setting reference voltage generation circuit, the adjustment signal generation circuit, and the minimum on-time signal generation circuit each generate a setting reference voltage, an adjustment signal, and a minimum on-time signal for each switching cycle of the synchronous rectification MOS transistor. 4. The switching power supply of claim 3, wherein the switching power supply is configured to generate a 前記調整信号生成回路は、検出された前記ピーク期間と前記ボトム期間の比率が所定値以上の場合に前記調整信号を生成し、前記最小オン時間信号生成回路は前記調整信号を受けると前記最小オン時間を短くする方向へ調整した最小オン時間信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項3または4に記載のスイッチング電源装置。 The adjustment signal generation circuit generates the adjustment signal when the detected ratio between the peak period and the bottom period is equal to or greater than a predetermined value, and the minimum ON time signal generation circuit receives the adjustment signal and the minimum ON time 5. The switching power supply according to claim 3, wherein the switching power supply is configured to generate a minimum on-time signal adjusted to shorten the time. 前記基準電圧をスイッチングサイクルごとに取り込んで保持するサンプルホールド回路と、1サイクル前の基準電圧との差を判定する電圧差判定回路とを備え、1サイクル前の基準電圧との差が所定値より大きい場合に、前記最小オン時間信号生成回路は前記最小オン時間を短くする方向へ調整最小オン時間信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項5に記載のスイッチング電源装置。 A sample-and-hold circuit that captures and holds the reference voltage for each switching cycle, and a voltage difference determination circuit that determines a difference from the reference voltage one cycle before, wherein the difference from the reference voltage one cycle before is greater than a predetermined value. 6. The switching power supply device according to claim 5, wherein said minimum on-time signal generating circuit is configured to generate an adjusted minimum on-time signal in a direction of shortening said minimum on-time when said minimum on-time is longer. ソース側スイッチとシンク側のスイッチを備え、前記同期整流用MOSトランジスタをオン、オフ制御するゲート駆動電圧を生成するゲートドライバ回路と、
前記同期整流用MOSトランジスタのドレイン電圧に基づいて該同期整流用MOSトランジスタをオフさせるタイミングを検出するオフタイミング検出回路と、
前記ドレイン電圧に基づいて前記同期整流用MOSトランジスタをオンさせるタイミングを検出するオンタイミング検出回路と、
前記オフタイミング検出回路の検出信号と前記オンタイミング検出回路の検出信号と前記最小オン時間信号に基づいて前記同期整流用MOSトランジスタをオン、オフ制御する制御信号を生成するオン、オフ制御回路と、を備え、
前記オン、オフ制御回路は、前記最小オン時間信号が示す最小オン時間の経過に伴い、前記ゲートドライバ回路のソース側スイッチをオフさせるように構成されていることを特徴とする請求項3~6のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
a gate driver circuit comprising a source-side switch and a sink-side switch and generating a gate drive voltage for controlling on/off of the synchronous rectification MOS transistor;
an off-timing detection circuit for detecting a timing for turning off the synchronous rectification MOS transistor based on the drain voltage of the synchronous rectification MOS transistor;
an on-timing detection circuit that detects timing to turn on the synchronous rectification MOS transistor based on the drain voltage;
an on/off control circuit for generating a control signal for on/off controlling the synchronous rectification MOS transistor based on the detection signal of the off-timing detection circuit, the detection signal of the on-timing detection circuit, and the minimum on-time signal; with
6. The on/off control circuit is configured to turn off the source-side switch of the gate driver circuit as the minimum on-time indicated by the minimum on-time signal elapses. The switching power supply device according to any one of 1.
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